研究生電力電子課程第七章

第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用電力電子技術(shù)原理與應(yīng)用2010級碩士研究生課程8/19/20241應(yīng)用特點高電壓大電流大功率高可靠性第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/20242應(yīng)用實例高壓直流輸電（HVDC）靜止無功補償（SVC、SVG）有源濾波器（APF）可控串聯(lián)補償

柔性（靈活）交流輸電系統(tǒng)（FACTS）

……第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/20243新運營方式的技術(shù)支撐第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/20244第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用什么是HVDC？RectifierInverterLine/CableACsystemACsystemHVDCHighVoltageDirectCurrent8/19/20245第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用為什么用HVDC？

最適合大容量、遠(yuǎn)距離輸電的電能形態(tài)

線路造價較低線路損耗較小異步聯(lián)接可控制性好8/19/20246第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用電力發(fā)展簡史：人們對電的認(rèn)識

靜電

伏打電池電報試驗性“遠(yuǎn)距離”直流輸電交流電力系統(tǒng)現(xiàn)代意義的高壓直流輸電8/19/20247第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用電力發(fā)展簡史：人們對電的認(rèn)識

靜電

伏打電池電報試驗性“遠(yuǎn)距離”直流輸電交流電力系統(tǒng)現(xiàn)代意義的高壓直流輸電19世紀(jì)初，通過導(dǎo)線傳輸微弱的電流8/19/20248第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用電力發(fā)展簡史：人們對電的認(rèn)識

靜電

伏打電池電報試驗性“遠(yuǎn)距離”直流輸電交流電力系統(tǒng)現(xiàn)代意義的高壓直流輸電1882年，1500～2000V，1.5kW，57km。1927年，125kV，20MW，225km。8/19/20249第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用電力發(fā)展簡史：人們對電的認(rèn)識

靜電

伏打電池電報試驗性“遠(yuǎn)距離”直流輸電交流電力系統(tǒng)現(xiàn)代意義的高壓直流輸電19世紀(jì)80～90年代，交流發(fā)電機，變壓器，感應(yīng)電動機……。規(guī)模巨大的交流電力系統(tǒng)。8/19/202410第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用電力發(fā)展簡史：人們對電的認(rèn)識

靜電

伏打電池電報試驗性“遠(yuǎn)距離”直流輸電交流電力系統(tǒng)現(xiàn)代意義的高壓直流輸電交流輸電系統(tǒng)的問題。高壓直流輸電重新引起人們重視。8/19/202411第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用交流輸電系統(tǒng)的技術(shù)問題輸電距離的限制穩(wěn)定性問題潮流難于控制振蕩與搖擺8/19/202412第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用交流輸電系統(tǒng)的技術(shù)問題交變的電磁場：無功問題恒定的電磁場：沒有無功問題電纜輸電情況下問題尤為突出！8/19/202413第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用HVDC的技術(shù)優(yōu)勢無穩(wěn)定性問題可快速控制潮流8/19/202414等價距離第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用HVDC的經(jīng)濟優(yōu)勢：建設(shè)8/19/202415線損比較第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用HVDC的經(jīng)濟優(yōu)勢：運行8/19/202416第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用HVDC的環(huán)保優(yōu)勢8/19/202417HVDC的應(yīng)用長距離、大容量輸電（能源基地到負(fù)荷中心）聯(lián)絡(luò)線（電力系統(tǒng)之間或電力企業(yè)之間）電纜輸電（地下或海底）改造原有交流線路以增加輸電容量第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202418HVDC換流站的主要設(shè)備換流器（包括換流變壓器等）濾波器及無功補償設(shè)備控制系統(tǒng)斷路器等第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202419濾波正極12脈動A端濾波負(fù)極12脈動B端濾波及無功補償直流輸電線交流系統(tǒng)A交流系統(tǒng)BYYDYYYDYLdLd第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用HVDC原理示意圖雙橋換流器8/19/202420第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用雙橋12脈動換流器直流電壓（a變化，u

=0）8/19/202421第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用雙橋12脈動換流器直流電壓（a變化，u

>0）8/19/202422第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用雙橋12脈動換流器交流電流（a變化，u

=0）Y/Y接線變壓器原邊電流D

/Y接線變壓器原邊電流8/19/202423第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用雙橋12脈動換流器交流電流（a變化，u

=0）Y/Y接線變壓器原邊電流D

/Y接線變壓器原邊電流交流側(cè)總電流8/19/202424第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用雙橋12脈動換流器交流電流（a變化，u

=0）8/19/202425HVDC換流器運行時產(chǎn)生的諧波（特征諧波）交流側(cè)：直流側(cè)：第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202426HVDC換流器運行時產(chǎn)生的諧波

特征諧波：非特征諧波：第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用由電路結(jié)構(gòu)及工作方式?jīng)Q定而產(chǎn)生的諧波由于理想條件不能滿足而產(chǎn)生的諧波8/19/202427第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用理想的假定條件

三相交流電源對稱、正弦、頻率恒定交流電網(wǎng)阻抗對稱，忽略換流變壓器激磁導(dǎo)納大電感平波電抗器，換流器直流側(cè)電流為純直流特性理想的閥橋閥等相位間隔依次觸發(fā)8/19/202428HVDC換流站中的濾波器交流側(cè)濾波器單調(diào)諧濾波器雙調(diào)諧濾波器高通濾波器直流側(cè)濾波器第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202429第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用換流裝置的功率因數(shù)（直觀分析）8/19/202430第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用換流裝置的基波功率因數(shù)（工程應(yīng)用）較精確較粗略8/19/202431第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用換流裝置的功率因數(shù)分析有功功率基波無功功率畸變無功功率8/19/202432HVDC換流器運行時所需的無功功率第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202433HVDC換流站中的無功補償設(shè)備交流側(cè)濾波器兼作無功補償無功補償電容器調(diào)相機靜止（動態(tài)）無功補償裝置第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用弱系統(tǒng)中的電壓支撐8/19/202434HVDC換流站的控制系統(tǒng)復(fù)雜的數(shù)字控制系統(tǒng)站控極控閥控分層控制第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202435HVDC系統(tǒng)常用控制運行方式系統(tǒng)級控制整流側(cè)定電流、逆變側(cè)定熄弧角整流側(cè)定電流、逆變側(cè)定電壓整流側(cè)定

角、逆變側(cè)定電流兩側(cè)換流器控制定功率控制調(diào)頻控制第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202436已建成的部分HVDC線路（ABB公司）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202437

NelsonRiver2NelsonRiver119772004

SylmarEastConverterStation19951987VirginiaSmithWelsh1995CeliloConverterStation1997/2002Poste

Chateauguay1984Moyle2001Etzenricht1993Dürnrohr1983Wien

Südost19931995Acaray1981

Cahora

BassaRehabilitation19771998

Guizhou-

Guangdong2005Gezhouba-

Shanghai1989Basslink2005Thailand-Malaysia2001East-SouthInterconnector2003Tianshengqiao-

Guangzhou2000Siemens公司近30年來的HVDC業(yè)績第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202438國內(nèi)已建成的HVDC線路寧波－舟山群島（100kV，50MW，1988年投運）上海－嵊泗群島（

±50kV，60MW，2002年投運）

葛洲壩－上海（

500kV，1200MW，1989年投運）天生橋－廣州（

500kV，1800MW，2001年雙極投運）三峽左岸－常州（

500kV，3000MW，2003年投運）三峽－廣東（

500kV，3000MW，2004年投運）貴州－廣東（

500kV，3000MW，2004年投運）靈寶背靠背（西北－華中聯(lián)網(wǎng)工程，2005年投運）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202439

三峽－上海（

500kV，3000MW，2006年投運）貴州－廣東二回（

500kV，3000MW，2007年投運）

國內(nèi)已建成的HVDC線路第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202440國內(nèi)部分在建及規(guī)劃的HVDC線路

三峽－上海（

500kV，3000MW，預(yù)計2007年投運）貴州－廣東二回（

500kV，3000MW，預(yù)計2007年投運）

金沙江向家壩、溪洛渡外送工程（

800kV

）

瀾滄江水電外送工程

……第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202441HVDC設(shè)備換流變壓器（ABB）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202442HVDC設(shè)備備用的換流變壓器（SIEMANS）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202443HVDC設(shè)備運行中的換流變壓器（SIEMENS）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202444HVDC設(shè)備運行中的換流變壓器（SIEMENS）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202445HVDC設(shè)備換流器（ABB）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202446HVDC設(shè)備換流器（SIEMENS）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202447HVDC設(shè)備換流器組件（SIEMENS）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202448HVDC設(shè)備換流器組件局部（SIEMENS）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202449HVDC設(shè)備換流器（某公司）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202450HVDC設(shè)備閥廳（SIEMENS，天廣線，廣州換流站）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202451HVDC設(shè)備閥廳（SIEMENS，天廣線，廣州換流站）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202452HVDC設(shè)備第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用閥廳與直流平波電抗（SIEMENS，天廣線，廣州換流站）8/19/202453HVDC設(shè)備第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用交流側(cè)濾波器（天廣線，廣州換流站）8/19/202454HVDC設(shè)備第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用直流側(cè)有源濾波器（世界上首次商業(yè)應(yīng)用）8/19/202455HVDC設(shè)備第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用閥冷卻水處理系統(tǒng)（天廣線，廣州換流站）8/19/202456HVDC設(shè)備第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用控制室模擬屏（天廣線，廣州換流站）8/19/202457HVDC設(shè)備第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用天廣線，廣州換流站8/19/202458HVDC換流站（美國太平洋聯(lián)絡(luò)線）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202459HVDC換流站（巴西伊泰普）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202460HVDC技術(shù)的發(fā)展歷史汞弧整流器，50kV/200A真空管控制裝置第一個可控硅閥，50kV/200A用作監(jiān)控的顯示器懸掛式可控硅閥，150kV/914A采用微型機的控制系統(tǒng)第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202461輕型直流輸電（HVDCLight）較小容量的直流輸電系統(tǒng)（200～300MW以下）采用電壓源型逆變器（由可關(guān)斷器件構(gòu)成）采用PWM技術(shù)第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用VSC-HVDC8/19/202462第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用輕型直流輸電的應(yīng)用8/19/202463第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用小規(guī)模發(fā)電

提高可用性和經(jīng)濟性

小規(guī)模發(fā)電裝置向主電網(wǎng)供電可再生能源發(fā)電裝置8/19/202464第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用向小規(guī)模區(qū)域負(fù)載、海島供電

從主電網(wǎng)向負(fù)荷提供低成本能源

向無源網(wǎng)絡(luò)供電8/19/202465第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用向城市中心供電

利用已有路權(quán)，提高供電能力

平衡多路城市供電潮流8/19/202466第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用多端直流網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)擴充能力

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變時的魯棒性8/19/202467第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用非同步聯(lián)網(wǎng)

非同步網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

對功率交換的完全控制8/19/202468第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用海洋石油平臺

由于環(huán)保的原因，需要從大陸供電

平臺間互聯(lián)8/19/202469第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用改造已有交流輸電線路

增加輸電能力

提高鄰近網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性8/19/202470第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用輕型直流輸電工程8/19/202471第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用輕型直流輸電工程：果特蘭島工程8/19/202472靜止無功補償裝置（SVC）在較弱的電力系統(tǒng)中維持穩(wěn)定的電壓降低輸電損耗增加輸電容量增加瞬態(tài)穩(wěn)定極限對功率振蕩起阻尼作用改進電壓控制及穩(wěn)定性第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202473晶閘管控制電抗器（TCR）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用靜止無功補償裝置（SVC）8/19/202474TCR波形圖第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202475TCR的無功功率第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202476TCR的基波電流與諧波電流第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202477晶閘管投切電容器（TSC）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用靜止無功補償裝置（SVC）8/19/202478“伴生”的諧波與無功問題

TSC兼作濾波器按諧波情況投切（或按無功情況投切）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用靜止無功補償裝置（SVC）：TSC的運行方式8/19/202479

TCR＋分組投切TSCTCR＋FCTCR＋FC＋分組投切TSC……第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用靜止無功補償裝置（SVC）的組合方式8/19/202480TCR＋TSC＋FC第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用靜止無功補償裝置（SVC）：原理框圖8/19/202481TCR＋TSC＋FC第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用靜止無功補償裝置（SVC）：布置框圖8/19/202482SVC成套裝置（阿根廷SEGBA）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202483SVC成套裝置：唐山侉子莊變電站工程第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用華北電網(wǎng)公司示范工程

TCR：10kV/11Mvar

FC：23Mvar（安裝容量）8/19/202484SVC成套裝置：晶閘管柜第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202485SVC成套裝置：TCR中的電感第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202486SVC成套裝置：濾波器（FC）第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202487SVC成套裝置：漏磁場感應(yīng)問題第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202488SVC裝置：歷史與發(fā)展第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202489SVC裝置：歷史與發(fā)展第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202490靜止無功發(fā)生器（SVG）：原理第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202491靜止無功發(fā)生器（SVG）：基波相量圖第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202492靜止無功發(fā)生器（SVG）：基波相量圖第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202493第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用靜止無功發(fā)生器（SVG）：理想波形圖8/19/202494第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用靜止無功發(fā)生器（SVG）：實際波形圖8/19/202495瞬時無功理論：坐標(biāo)變換第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用電壓：ABC

ab電流：ABC

ab8/19/202496瞬時無功理論：瞬時功率定義第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用電壓：ABC

ab電流：ABC

ab瞬時功率瞬時實功率（瞬時功率）瞬時虛功率物理意義？8/19/202497瞬時無功理論：瞬時功率分解直流分量低頻分量高頻分量第七章在電力工業(yè)中的應(yīng)用8/19/202498瞬時無功理論：